Ausarbeitung Regelungstechnik

Ähnliche Dokumente
Regelungsaufgabe. 2. LS2 PID_Regelung 2.1 Aufgabenstellung. Folie 2.1.1

Regelungstechnik - KOMPAKT. 1. Grundbegriffe

NANO III - MSR. Steuern Regeln Regelkreis PID-Regler Dimensionierung eines PID Reglers. Themen: Nano III MSR Physics Basel, Michael Steinacher 1

Regelung. Max Meiswinkel. 8. Dezember Max Meiswinkel () Regelung 8. Dezember / 12

Fortgeschrittenenpraktikum Regelschaltungen. Martin Adam Versuchsdatum: Betreuer: DI Bojarski. 3. Januar 2006

Praktische Regelungstechnik

Zusammenfassung der 9. Vorlesung

Brühl. Mess- und Regeltechnik Sensorik u. Messtechnik 15. Januar 2011

Mathias Arbeiter 09. Juni 2006 Betreuer: Herr Bojarski. Regelschaltungen. Sprungantwort und Verhalten von Regelstrecken

Regelungs-und Steuerungstechnik

Aufgabe 1: Sprungantwort und Ortskurve

Regelungs-und Steuerungstechnik

Grundriss der praktischen Regelungstechnik

70 Jahre Reglereinstellung nach Ziegler und Nichols

4. Der geschlossene Regelkreis mit P-Strecke und P-Regler

Versuchsanleitung MV_5_1

- Analoge Regelung -

8. Regelschaltungen. Name: Daniel Schick Betreuer: Dipl. Ing. D. Bojarski Versuch ausgeführt: 8. Juni 2006 Protokoll erstellt: 11.

Autonome Mobile Systeme

Gebäudeautomation. Mess-, Steuer- und Regelungstechnik in der Gebäudeautomation

Handbuch zur Regelkreissimulation eines PID - Reglers

Einführung in die Regelungstechnik

Praktikum Grundlagen Regelungstechnik

Zusammenfassung der 9. Vorlesung

Methoden der Regelungstechnik

Praktikum Grundlagen Regelungstechnik

Praktikum Grundlagen Regelungstechnik

Optimierung von Regelkreisen. mit P-, PI und PID Reglern

Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme

Elementare Regelungstechnik

Elementare Regelungstechnik

Protokoll für das NAWI-Profil. Namen: / Klasse: Datum:

Einführung in die Regelungstechnik

Elementare Regelungstechnik

Übungsaufgaben zur Vorlesung Regelungssysteme (Grundlagen)

Beispiele für Regelungen

Vorstellung des Großen Belegs: Entwurf eines modellbasierten Regelungssystems für einen totzeitbehafteten Prozess

Taschenbuch der Regelungstechnik

Optimierung. 1. Grundlegendes Beim PID-Regler müssen 3 Parameter optimal eingestellt werden: Proportionalbeiwert, Nachstellzeit und Vorhaltezeit.

Praktikum Signalverarbeitung F. Schulz WS 2010/2011 Versuch Regelschaltungen

Entwurf eines modellbasierten Regelungssystems für einen totzeitbehafteten Prozess

Praktikum Signalverarbeitung W.Lauth, M. Biroth, P. Gülker, P. Klag WS 2016/2017 Versuch Regelschaltungen

Elementare Regelungstechnik

Übung 9 zur Vorlesung SYSTEMORIENTIERTE INFORMATIK HW-, SW-CODESIGN

Bestimmung der Reglerparameter aus den Frequenzkennlinien

Vorwort zur 14. Auflage 14 Vorwort zur 13. Auflage 14

1. Regelkreis-Prinzip

Ergänzung zur Regelungstechnik

G R. Vorlesung 9. Identifiziert durch Sprungantwort. Sinnvoll selbst gestalten. Regler. Einschleifiger Regelkreis: Xd(s) W(s) Y(s) U(s) GFeder S

Rechnergestützter ENTWURF und UNTERSUCHUNG einer PROZESSREGELUNG - DIGITALE SIMULATION

Patrick VOLKERT ReglerRegler 5HNA-97/98

(Inbetriebnahme von Regelungen)

Zusammenfassung der 1. und 2. Vorlesung

Frequenzgang und Übergangsfunktion

Gegeben sei folgender Regelkreis mit der Führungsgröße r, dem Regelfehler e und der Ausgangsgröße y: r e R(s) P (s)

Praktikum Grundlagen Regelungstechnik

LTAM-T2EE-ASSER FELJC/GOERI 3. P-Regler

Versuchsanleitung. Labor Mechatronik. Versuch DV_5 Regelkreis mit analogen Reglern. Labor Mechatronik Versuch BV-5 analoge Regelung

Übung 8 zur Vorlesung SYSTEMORIENTIERTE INFORMATIK HW-, SW-CODESIGN

LABOR FÜR REGELUNGSTECHNIK und PROZEßSIMULATION

Versuchsanleitung: Computersimulation und Optimierung einer Raumheizungsregelung

Praktikum Fahrzeugmechatronik. Versuch: Regelkreis eines elektronischen Gaspedals

Regelungstechnik Aufgaben

Versuch 1: Einführung in die Regelungstechnik

() 2. K I Aufgabe 5: x(t) W(s) - X(s) G 1 (s) Z 1 (s) Z 2 (s) G 3 (s) G 2 (s) G 4 (s) X(s)

FELJC 2Punktregler.odt 1. Prinzip Die Stellgröße kann nur 2 Werte annehmen (Ein / Aus) Beispiel: mechanischer Zweipunktregler mit Temperaturstrecke

Eingebettete Systeme

Regelung einer Luft-Temperatur-Regelstrecke

Herbert Bernstein. Regelungstechnik. Theorie und Praxis. mit WinFACT und Multisim. Elektor-Verlag, Aachen

LTAM FELJC 1 T2EE. Regelungstechnik ASSERVISSEMENTS

JIMAGO 500. Ergänzung zu B Konfigurationsbeispiele. Mehrkanal-Prozess- und Programmregler 04.06

Zusammenfassung Modul 121

Kybernetik Intelligent Agents- Action Selection

Einführung in die Robotik Regelung. Mohamed Oubbati Institut für Neuroinformatik. Tel.: (+49) 731 / mohamed.oubbati@uni-ulm.de

Einführung in die Regelungstechnik

Regelung einer Luft-Temperatur-Regelstrecke

Labor für Elektrowärme I

Klausur im Fach: Regelungs- und Systemtechnik 1

LABOR FÜR REGELUNGSTECHNIK und PROZEßSIMULATION

Automation-Letter Nr. 1. Prof. Dr. S. Zacher. Die meistgestellten Fragen von Studierenden der Regelungstechnik

doc Seifert WS 2011/12 Seite 1 von 10

Inhalt. Mehr Informationen zum Titel

Kritik der Regler-Dimensionierung nach Ziegler und Nichols

Labor Regelungstechnik Versuch 1 Durchflussregelung

C1 Stand: Seite C1. Rechnergesteuerte Datenerfassung und Regelung bei einem Hochdruck- Hochtemperatur-Experiment

Bearbeitungszeit: 120 Min

Digitale Regelung unbekannter Strecken unter Einsatz des CAE-Paketes SIMID 5.0

Fachveröffentlichung. Energiesparende Verflüssigungsdruckregler. Themenschwerpunkte:

Steuerungs- und Regelungstechnik

Regelungstechnik 1 Praktikum Versuch 5.1

Einführung in die Regelungstechnik

FH D FB 3. Fachhochschule Düsseldorf Fachbereich Elektrotechnik

Strukturbildung und Simulation technischer Systeme. Strukturbildung und Simulation technischer Systeme. strukturbildung-simulation.

Regler und Regelstrecken

Reglerentwurf mit dem Frequenzkennlinienverfahren

1 Gegenkopplung und Stabilität S107

Transkript:

Ausarbeitung Regelungstechnik by Poth & Fiechtner 2005 by Poth & Fiechtner Seite 1/14

Inhalt Grundsätzliches zur Regelungstechnik Untersuchung des als Regelstrecke verwendeten Heizlüfters Regelkreis als Blockschaltbild, Auswahl des geeigneten Reglers Regelung mit einem 2- Punkt-Regler Regelung mit einem Was ist die Aufgabe einer Regelung?, Wie arbeitet eine Regelung grundsätzlich?, Warum findet man Regelungen in so vielen Bereichen?,... Seite 3 Aufbau der Schaltung, Diagramm: Sprungantwort Seite 4 Seite 5 Um welche Regelstrecke handelt es sich?, Was sind die Kenngrößen dieses Reglerstreckentyps?, Was ist der Wert für die Kenngröße Regelbarkeit?,... Diagramm: PT 2 Regelstrecke Seite 6 Aufbau der Schaltung, Diagramm Seite 7-8 Aufbau der Schaltung, Diagramme der Regler Seite 9-10 P/PI/PID-Regler Aufgaben der einzelnen Regler (P, I, D) Seite 11 Optimierung des PID- Berechnen der Optimalen Einstellungen, Diagramm Seite 12 Reglers Verhalten bei Änderung Tabelle mit verschiedenen Einstellungen und den Seite 13 der Einstellgrößen Auswirkungen Zwei Beispieldiagramme zu Optimierungen Seite 14 Seite 2/14

Grundsätzliches zur Regelungstechnik Was ist die Aufgabe einer Regelung? Die Aufgabe einer Regelung ist es, eine physikalische Größe (z. B. Temperatur, Druck, Füllstand oder Spannung) auf einen vorgegebenen Wert zu bringen und sie auch bei Störeinflüssen auf diesem Wert zu halten. Wie arbeitet eine Regelung grundsätzlich? Eine Regelung ist ein geschlossener Wirkungskreis. Die Regelgröße wird gemessen und wird mit der Führungsgröße (Vorgabe) verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs, die Regeldifferenz, wird vom Regler verarbeitet und als geänderte Stellgröße an den Eingang der Regelstrecke zurückgeführt. Warum findet man Regelungen in so vielen Bereichen? Da die Ansprüche an Komfort, Umweltschutz, Rohstoffeinsparung, Sicherheit, usw. sowohl von Privatleuten als auch der Industrie steigen und die meisten dieser Anforderungen nur mit einer gut funktionierenden Regelung zu erreichen sind. Welche Geräte und Anlagen finden sich in der beruflichen Praxis, im öffentlichem und Privatem Bereich die nach dem Heizlüfter Prinzip arbeiten? - Klimaautomatik im Auto - Generatorendrehzahl in Kraftwerken - Motordrehzahl in Maschinen - Fahrassistenzsysteme in Fahrzeugen - Backofenheizungen - Konstantspannungsnetzteile - Lüfterregelung im PC Seite 3/14

Untersuchung des als Regelstrecke verwendeten Heizlüfters Bild: Aufbau der Schaltung Bild: Temperatur, Sprungantwort Seite 4/14

Um welche Regelstrecke handelt es sich? Um eine PT 2 Regelstrecke, da die Strecke zwei Zeiten hat (Eine Verzugszeit und eine Ausgleichszeit). Was sind die Kenngrößen dieses Reglerstreckentyps? T u = Verzugszeit T g = Ausgleichszeit Δx = Änderung der Temperatur Δy = Änderung der Eingangsspannung Was ist der Wert für die Kenngröße Regelbarkeit? Tg Tg # 10! gut regelbar; " 3! schlecht regelbar Tu Tu 60! 6, 6! mäßig regelbar 9 Welche Aussage über die Regelbarkeit kann für diesen Heizlüfter als Regelstrecke getroffen werden? Der Heizlüfter ist mäßig regelbar. Bild: PT 2 Regelstrecke " x 66 Proportionalbeiwert der Regelstrecke (K s ): K s =! = 6, 6 " y 10 Seite 5/14

Regelkreis als Blockschaltbild w Führungsgröße (Sollwert) e error (Differenz zwischen x und w) y1 Stellgröße (Verstärkt) y2 Stellgröße X Regelgröße (Ist-Wert) x r, r Rückgeführte Regelgröße x i Regelgröße Ist-Zustand Auswahl des geeigneten Reglers für die Regelstrecke Laut Tabellenbuch S.302 (Eignung von Reglern bei gegebener Strecke) eignet sich für eine PT 2 Strecke ein - PI Regler gut. - PID Regler sehr gut. - 2-Punkt-Regler gut. Seite 6/14

Regelung mit einem 2-Punkt-Regler Bild: Aufbau des 2-Punkt-Reglers Bild: Messdiagramm 2-Punkt-Regler Seite 7/14

2-Punkt-Regler Seite 8/14

Regelung mit einem P/PI/PID-Regler Bild: Aufbau des P/PI/PID-Reglers Bild: Diagramm des P-Reglers Seite 9/14

Bild: Diagramm des PI-Reglers Bild: Diagramm des PID-Reglers Seite 10/14

Der PID Regler P-Anteil: I-Anteil: D-Anteil: Der P-Anteil ist der proportionale Anteil der Stellgröße. Er dient als Vorhalte-Anteil und erreicht den Sollwert alleine nicht (bleibende Regelabweichung). Die Änderung der Stellgröße Δy verhält sich direkt Proportional zur Änderung der Regeldifferenz e. Als Proportionalbereich (X p ) bezeichnet man den Bereich innerhalb dem der Ist-Wert schwingt. Mit Hilfe des Proportionalbeiwerts (K p ) kann der Proportionalbereich bestimmt werden. Der P-Anteil ist sehr schnell aber er kann Störungen nicht so weit ausregeln, dass die Regelgröße den Sollwert erreicht. Der Integral Anteil sorgt für die Erreichung des Sollwerts und hat keine bleibende Regeldifferenz. Der I-Regler ist langsam und die Zeit die er braucht um nach einer Sprungfunktion in der Antwortfunktion den selben Wert zu erreichen nennt man Nachstellzeit (T n ). Der Differenzielle Regler kann keine Störungen alleine ausregeln. Ändert sich e Sprunghaft geht die Stellgröße auf den Maximalwert und geht sofort wieder auf Null zurück wenn sich e nicht mehr ändert. Wenn sich e stetig ändert bleibt die Stellgröße auf ihrem Maximalwert. Seite 11/14

Optimierung des PID-Reglers Optimierung für: Optimales Verhalten bei Störungen und 20% zulässigem Überschwingen der Regelgröße. Bisherige Einstellungen: K p 20 T n 80s 1s T v Verfahren nach Fachbuch (S. 520) " x 66 Proportionalbeiwert der Regelstrecke (K s ): K s =! = 6, 6 " y 10 1 Tg 1 60 K P = 1,2!! " 1,2!! = 1, 21 K T 6,6 9 S u T T n v = u 2! T " 2! 9 = 18 = u 0,42! T " 0,42! 9 = 3,78 Bild: Regelung nach der Optimierung Seite 12/14

Verhalten bei Änderung der Einstellgrößen Standarteinstellungen: K p 20 T n 80s 1s T v Änderung Reglertyp Auswirkung Verkleinern der 2-Punkt Häufigere Ein und Ausschaltvorgänge, größerer Verschleiß von Komponenten (Schützen etc.), Hysterese Regler geringerer Vergrößern der Hysterese K p auf 40 erhöhen K p auf 5 verringern T n auf 40s verringern T n auf 20s verringern 2-Punkt Regler P-Regler P-Regler PI-Regler Toleranzbereich. Seltene Ein und Ausschaltvorgänge, geringerer Verschleiß von Komponenten (Schützen etc.), großer Toleranzbereich Der Regler reagiert stärker (schneller) auf Änderungen von e (also auf Abweichungen vom Soll-Wert) und der Regler Pendelt sich später ein. Der Regler reagiert träge auf Änderungen von e und er Pendelt sich schnell ein. Der Soll Wert wird weit unterschritten. Der Regler erreicht den Sollwert früher, schwingt jedoch stärker über die Führungsgröße und schwingt länger nach. PI-Regler Der Regler erreicht den Sollwert bereits nach 30s, schwingt jedoch sehr stark über die Führungsgröße und pendelt sich kaum aus, verhält sich also fast wie ein Zwei-Punkt-Regler er läuft also an seiner Stabilitätsgrenze. T n auf 100s PI-Regler Der Sollwert wird später erreicht. Der Regler reagiert erhöhen etwas träger. T v auf 2s erhöhen PID-Regler Der Sollwert wird etwas früher erreicht und auf Änderungen von e wird stärker reagiert. T v auf 2s erhöhen, T n auf 40s verringern PID-Regler Der Sollwert wird früher erreicht, und der Soll-Wert wird nicht überstiegen, bei Änderungen von w reagiert der Regler sehr stark und w wird leicht überstiegen. T v auf 3s erhöhen, T n auf 40s verringern PID-Regler Der Sollwert wird etwas später erreicht als bei T v = 2s, bei Änderungen von w wird w allerdings nicht so stark überschritten. Seite 13/14

Optimierungen im Vergleich Bild: PID-Regelung mit K p = 20, T v = 3s, T n = 40s Bild: PI-Regler mit T n = 20s: Der Regler läuft an seiner Stabilitätsgrenze Seite 14/14